南宁市地下水源热泵水质适宜性探究

1、南宁市地下水源热泵水质适宜性探究摘要：为了查明南宁市地下水水质是否适宜于开发 利用水源热泵，在对南宁市潜水含水层地下水水化学特征调 查的基础上，挑选出与水源热泵系统设计和运行相关的水质 适宜性评价指标，选用层次分析法（ahp）构建层次结构模 型，确定了各个评价指标的权重，并基于gis平台的空间分 析模块进行了地下水水源水质评价分区。结果显示，水源热 泵开发水源水质适宜区面积为280.7 km2,大多分布在中部 市区和东南部良庆区，这些地区地下水多为ph值为7左右 的中性水，水硬度较小，对管线和设施没有危害，适合开发 地下水源热泵。关键词：地下水源热泵；水质适宜性；层次分析法；空 间分析；南宁中

2、图分类号：tu 443文献标识码：a文章编号：16721683（2013） 03015104浅层地温能储存于地下岩石（土层）和岩石裂隙或土层 孔隙的水体中，是一种无形的自然资源，其温度恒定，略高 于当地年平均气温2 °c-3 °c。地下水源热泵通过水热交换 的方式利用地下水中的部分低品位地热资源进行供暖或空 调，是一个从地下水中不断提取能量的过程，因此地下水水 质的优劣不仅影响热泵系统水处理方案、换热器形式的合理 选择，还直接关系到系统的运行效果和使用寿命14。因此, 首先要对水源水质适宜性进行分析，找到最适宜开发地下水 源热泵的区域，为浅层地温能利用提供科学依据。1研究区

3、概况南宁市区位于南宁盆地的中西部，四周低山丘陵环绕。 研究区范围为东经108° 08 -108° 357,北纬22° 39 -22° 57，总面积440 km2o根据地貌成因及形态 特征，研究区地貌划分为构造侵蚀低山丘陵区、侵蚀剥蚀丘 陵区、邕江侵蚀堆积阶地区及溶蚀残丘坡地区四个区。南宁 市地处亚热带季风气候区，阳光充足，年平均气温21.6°c, 年平均降雨量1 304.2 mm,蒸发量1 736.6 mm5。研究区 内地下水主要来源于大气降雨的入渗补给，充沛的降雨为地 下水提供了较好的补给来源，也为开发利用浅层地温能创造 了有利条件。根据地下

4、水的赋存条件、含水介质结构及水力特征，工 作区内地下水可划分为四种类型，即松散岩类孔隙水、碎屑 岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水（图 l）o松散岩类含水岩组地层主要是在邕江河谷阶地分布的第 四系冲积层，该层孔隙水总体上向邕江径流排泄；低山丘陵 区基岩裂隙水受断裂构造及岩性控制，作深循环或补给碎屑 岩类孔隙裂隙水；碎屑岩类孔隙裂隙水从南宁盆地两翼向盆 地中部径流，而后集中转向西南方向径流，至盆地西部后向 上越流排泄补给松散岩类孔隙水，或直接向邕江排泄；碳酸 岩裂隙溶洞水主要以泉的形式排泄，总体上向邕江径流排泄 （图1）。研究区内具有利用水源热泵开发的地下水主要为中 部市区内广泛分

5、布的第四系砂砾石层孔隙水及东南部良庆 区、邕宁区碳酸盐岩裂隙岩溶水。区内地下水目前的开发利 用量十分有限，以天然排泄为主，恒温带深约20 m,水温 23.8 °c24. 8 °c,恒温带以下为增温带，开发地下水源热 泵的潜力较大5 o2样品采集与分析2012年8月对研究区潜水进行了系统采样，共采集地下 水样50件，采样点位置见图2o水温、ph及电导率等水质 参数在现场进行测定，碱度采用滴定法在样品采集后24 h 内测定。样品用0. 45 um滤膜过滤后用于阳离子分析的样 品采用hn03酸化至ph值小于2,用于阴离子分析的样品未 酸化。阴离子采用离子色谱ics1100进行测定

6、，k+、na+、 ca2+、mg2+等金属元素采用icpoes （icap6300）进行分析, 水样浊度采用tdt2型浊度仪检测，以上分析均在中国地质 大学（武汉）环境学院实验中心完成。利用已知浓度的样品 进行验证测试，误差范围均在5%以内。3地下水水化学特征研究区地下水水样主要的化学成分分析结果见表1, ph 值变化范围为493808,以弱酸性为主，中性水次之。水样 的总溶解固体含量(tds)、总硬度、总碱度变化幅度均较大, tds变化范围为55875 mg/l,平均值2878 mg/lo总硬度 变化范围为89245 mg/l (以cac03计)，平均值为6495 mg/l,以软水为主。总碱

7、度变化范围为19498041 mg/l, 平均值2397 mg/lo水样浊度最小值为0041 ntu,最大值达 2711 ntu,平均值为2022 ntu,能够满足工业循环冷却水处 理设计规范中对于冷却水浊度要求。各微量元素含量均较 低，符合工业循环冷却水要求。在东北、西南少数地区硝酸 根含量较高，超出地下水质量标准(30mg/l),存在氮污染, 不适合开发水源热泵，在做适宜性分析时应除去这些地区。地下水化学类型划分采用了 piper三线图法。该图各以 三组主要的阳离子(ca, mg, na+k)和阴离子(cl, s04, hc03)的每升毫克当量的百分数来表示。从piper三线图表 1研究区

8、地下水水样水化学组成特征4水源热泵水源水质适宜性分析4.1水质评价指标选择地下水水质的化学组成直接影响地下水源热泵空调系 统运行的安全性和稳定性。地下水源热泵系统对地下水水质 的基本要求是：澄清、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或 生物、不结垢等1, 3。本文参照地源热泵系统工程技术规 范(gb 503662005)和工业循环冷却水处理设计规范(gb 500502007),选择ph、tds、总硬度、浊度、主要离子以及 部分微量成份(表1)等因子作为水质评价指标，进而运用 层次分析法探讨研究区地下水质对水源热泵的影响。4. 1. 1物理指标有些水源含有泥沙、胶体悬浮物，使水变得浑浊。水源 含沙量和

9、浊度过高对机组和管阀会造成磨损，严重时会造成 管道堵塞。另外，泥砂、污垢还会降低水源热泵系统换热器 的传热效果，导致系统局部腐蚀、穿孔，增加水流阻力，不 仅严重影响供水系统的稳定性和使用寿命，而且妨碍系统的 正常运行1。本次研究采集的50个水样中6个超过50ntu, 浊度较高，不适宜开发地下水源热泵，但超标水样分布无规 律，需结合其他指标进一步分析。4.1.2化学指标(1) ph值。地下水中ph值过高或者过低都会造成机组 的腐蚀，严重影响到系统的使用寿命。地下水源热泵的水源 ph值一般应为6585。研究区地下水以弱酸性为主，中性 水次之，ph值变化范围为493808,偏酸性的地下水主要 分布于

10、西乡塘区的东北面区域附近。(2) tdso适用于地下水源热泵的地下水一般为淡水和 弱咸水。有些水源水tds较高，对金属的腐蚀性较强，如果 直接进入机组会因腐蚀作用减少机组使用寿命6。研究区 采样点中tds最大值为8750 mg/lo,称为腐蚀性水；若腐蚀 系数kk 0,称为弱腐蚀性水；若腐蚀系数kk 2狄 彦强，王清勤，袁东立水源热泵的应用与发展j.制冷与空调，2006, 6 (5)： 14. (di yanqiang, wang qingqin, yuan dongli , discussion ahout the application and developmentof water so

11、urcehheatpumpsjrefrigeration and airconditioning, 2006, 6(5)： 14. (in chinese)3 贾遵锋，丁勇，贾宇.江水源热泵系统应用中的江水 水质分析j.水资源与水工程学报，2010, 21 (6)： 5455.(jia zunfeng, ding yong, jia yu. analysis of river wwater quality in the application of river source heat pump systemj. journal of water resources & water engineering, 2010, 21 (6)： 5455(in chinese)4 谭显辉，丁力行地下水源热泵中的地下水分析j.制冷与空调，2003, ( 4 )： 1114. (tan xianhui , ding lixing.analysis of ground water in the groundwater sourceheatpumpsjrefrigerationandairconditioning, 2003, (4)： 1114(in chinese)5 广西地质勘查总院.南宁市浅层地温能调查报告 r. 2012. ( guangxi institute o